北京时间 10 月 6 日 17 时 45 分,来自斯德哥尔摩的那通电话,牵动着全球物理学界的目光。中国科学院院士薛其坤,凭借首次实验观测到量子反常霍尔效应,斩获引文桂冠奖,是本年度诺贝尔物理学奖呼声最高的中国本土科学家。
早年间,杨振宁就曾给出极高评价,称这项成果是从中国实验室里第一次发表出的诺贝尔奖级物理学论文。
早在上世纪80年代,就有理论学家预言,世界上存在一种量子反常霍尔效应。简单讲,传统的量子霍尔效应想要实现,必须外加极强的磁场,设备笨重、成本高昂,根本没法装进普通芯片。而量子反常霍尔效应,不需要外加磁场,电子可以沿着固定轨道有序跑动,不会到处乱撞。
放到现实里,就是芯片发热大幅降低,耗电变少。未来的超级计算机、人工智能硬件,都有可能受益于这项基础突破。
道理听着简单,可真要在实验室里做出来,难到离谱。薛其坤打了个比方,要造出符合条件的薄膜材料,就像要求一个运动员同时精通多项顶尖项目,每一项都要达到世界顶级水平。材料既要具备磁性,又得是拓扑绝缘体,还必须做到绝缘,几层特性叠加在一起,在当年几乎没人相信能做出来。
从2008年启动项目开始,薛其坤带着清华与中科院物理所的联合团队,一头扎进实验室,整整四年。
团队要制备的样品,厚度只有5纳米,差不多几个原子叠起来的高度。一点点偏差,材料的性质就彻底失效。四年时间,他们前后制备、测试超过一千个样品,绝大多数样品测出来的数据都不尽如人意,一次次满怀期待,又一次次迎来失败。
团队里不少年轻人一度陷入迷茫,怀疑这条路根本走不通。薛其坤自己也不是一路开挂的天才,早年考研两次失利,读硕士的时候,两年手工打磨上千个金属针尖。他总跟学生说,做实验科研,有时候就要甘心做一个“笨人”,靠反复打磨、不断试错啃硬骨头。
2012年10月的一个晚上,一条学生发来的短信,打破了漫长的沉闷。实验仪器上,出现了疑似量子反常霍尔效应的信号。
收到消息的薛其坤立刻赶回实验室,紧急安排所有人复核数据。所有人心里都悬着,科学研究里,偶然的信号、仪器的误差都可能制造假象,一次读数不能算数。他们把设备降到接近绝对零度的极低温,反复重复测量。
屏幕上的数字不停跳动,最后稳稳停在了标志性的25800欧姆。零磁场条件下,出现了量子化平台。
那一刻,整个实验室的人都屏住了呼吸。133年前,霍尔发现反常霍尔效应,此后一百多年,全世界无数顶尖团队苦苦追寻它的量子化版本,最终这个奇迹,在清华的实验室里被中国人观测到。
薛其坤拿出两瓶香槟,和团队合影留念。2013年,这项成果正式发表在《科学》期刊上。消息一出,整个凝聚态物理圈震动。杨振宁在看过成果之后,给出那句流传至今的评价。
后来,这项成果陆续拿下国内国际重磅奖项,薛其坤成为首位获得美国物理学会巴克利奖的中国籍科学家,还斩获国家最高科学技术奖。今年引文桂冠奖名单公布,他再次进入诺奖候选视野,被外界看作本年度物理学奖最大热门。
但这次诺奖结果公布,最终的名单里,并没有薛其坤。不少网友觉得惋惜,甚至替他抱不平。
在我看来,我们没必要把诺贝尔奖当成衡量一项基础科学成果好坏的唯一标尺。
诺贝尔奖的评选有自己的规则,名额有限,评审偏好、成果的时间顺序,都会左右最终结果。很多划时代的科学突破,都曾经多年陪跑,甚至终身无缘诺奖。诺奖是荣誉,却不是科研成果的合格证书。
过去很长一段时间,一提到顶尖基础物理突破,大家下意识想到欧美实验室。我们习惯了看着别人拿诺奖,总觉得重大的原创物理发现,很难诞生在中国本土的实验室。薛其坤团队的这项成果,恰恰打破了这种刻板印象。
不是我们中国人没有能力做出诺奖级的物理发现,只是基础科研往往要坐漫长的冷板凳。四年一千多个样品,日复一日枯燥的薄膜制备、低温测量,没有光鲜流量,短时间看不到商业化回报。这种枯燥,绝大多数人根本扛不住。
现在网络上还有一种很浮躁的风气,看到哪个科学家进入引文桂冠奖,立刻就押宝诺奖。一旦没获奖,马上跳出来质疑成果的含金量。这种心态,本身就是对基础科学最大的误解。
基础研究的价值,不在于能不能拿到一个奖项,而在于能不能拓展人类认知的边界。量子反常霍尔效应,已经被国际同行反复重复验证,论文被大量引用,打开了全新的研究赛道。这项实打实的原创突破,写在人类物理学的历史里,不会因为一次诺奖落选就褪色。
我们更该看清一件事:我们需要更多像薛其坤这样,沉下心啃硬骨头的科研团队。比起盯着每年诺奖开奖的输赢,更重要的是给基础研究足够耐心和支持。
诺奖可以迟到,甚至不来。但真正伟大的科学发现,永远不会被埋没。
